等曲げを受けるRC梁の曲げ塑性変形挙動の寸法効果

(1)

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Sachio KOIKE

ln this study， the variations of函縄問t-c日門抗日rerelationships of reinforced concrete be綿sof various sizes under u日ifor園f1exural醐舵日t官官re exa騒illed. The size effect 011 the co盤pressive strength and the co盟pletestress-strain behavior of confined concrete were also examined by using a stiff co盤pres日ivetesting machine. 官le fol10押ing results官'ere obtained:1)Strain at性問匝axi邸調 stress of cOllfi問dconcrete Illcre鎚eswith d号creasing size of speci配n for the large p哩rcentageof tr鍋sversereinforce関nt. 2)恥舵目t-c日rvaturerelatiωships of reinforeced co白cretebeams are aff ected by the s i ze of beam， i . e.， the囲暗号nt-curvaturerelationships of large size b老舗specim君臨 are rather brittle ca置pared with those of s臨Ilspeci配n5. 1. まえがきも供試体寸法によって根遺する可能性がある。 R C部材や構造物の実験では、モデル供試休による実験が多く、しかもこれらの供試体は空中養生で実験に供されることが多い。コンクリートの水和反応は、養生条件によって大きく異なるため、空中養生を行った場合のRC部材の塑性変形挙動は、供試休寸法によってかなり相違するものと考えられる。筆者は、別シリズの実験[1 ]で、空中養生されたコンクリートの強度と塑性変形挙動について調べた結果、明確な寸法効果がみられた。したがって、空中養生された曲げを受けるR C梁の塑性変形挙動本報では、空中養生された等曲げを受けるR C梁の塑性変形挙動に及ぼす供試体寸法の影響について検討する。建築学科 2. 実験方法 2.1 実験の概要供試体寸法とあばら筋比の異なるR C梁の等曲げ実験、並びにRC梁の曲げ圧縮都のコンクリトを模した帯筋で、補強されたコンクリート角柱体のー軸圧縮実験を併せ行った。表-1に、 R C梁の実験要因を示す。実験要因として供試体の寸法 (bX h、ここに

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(2)

108 小池狭千朗あばら筋比(あばら筋のピッチX:梁せいに対する比で表示)および引張鉄筋比をとりあげた。供試体の寸法は、梁せいhが14.5、19.4、25.0閣の3種類、あばら筋間隔Xはh/2、h/4およびh/8の3種類、合計ヲ体を基本とし、これらの梁では引張鉄筋比Ptを 2.1%とした。このほかに、 h= 19. 4c、圏あばら筋間隔 h/2の梁でPtを1.4と2.8%の2本、 h= 30. Oc、田あばら筋閤隅h/2の梁て下t=2.1%の梁を1体追加した。あばら筋径は、あばら筋商隔Xが梁せいの1/2 の梁 (X-~h/2) であばら筋比が約 0.3% となるように、寸法の異なる梁試験体ごとに鉄筋径を変えた。図 1に梁の配筋囲の一例を示す。等曲げスパン内は単筋梁とした。引張側主筋には、 SD30異形鉄筋 D10 、 D13 、 D16 および D19 を各鉄筋比に応じて 2~4本使用した。梁のせん断スパン内には、せん断破嬢防止のためにあばら筋をあばら筋比が1.2%以上となるように寵寵した。表 - 2に、 R C梁と併せて製作したコンクリト角柱体の概要を示す。角柱供試体は、高さが縞Wの 3倍とし Wは梁の鱈bに等しくした。コンクリト角柱体の帯筋は、梁の正績害事のコンクリートと対応させるために、梁のあばら筋と径および関臨が等しくなるように寵置した。コンクリト角柱体では、プレーンコンクリトおよびX=h/3の帯筋関隔の供試体も追加した。コンクリート角柱体は、表 2 に示す実験嬰国のすべての組合せを取り上げ、各要圏ごとに3体、合計帥体の圧縮試験を実施した。

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国一1 R C梁の寸法および寵筋国表 1 R C梁侠試体の額要 Beam secti00 (c皿) Spacing of Tensio日 R品tioof tension stirrup (Clll) reillforcelllent reinforcelllent出( 胃idth tft Effectiv巴 (b) depth (d) X Nu園lber-Dia盟eter Pt 9隆7 19.4 17.5 tν2 2-D13 1.4 7圃3 14司6 13.1 tν2. tν4， 1ν8 3-D10 9.7 19.4 17.5 tν2， tν'4. h/8 3-D13 2. 1 12.5 25。目 22.5 tν2. h/4. 1ν8 3-D16 15.0 30司O 27。園

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。

(3)

2.2 供試体の製作および養生方法コンクリートの製作には、普通ポルトランドセメント、天竜川産の川砂 (5醐未満)、}II砂利円 ~25 圏園)を使用した。水セメント比は55%、単位水量量は 185kg/園3、スランプは百四とした。使用した主筋とあばら筋(替筋)の力学的性質をそれぞれ表- 3および4に示す。供試体はすべて横打ちとし、材令品週まで実験室内で空中養生した。 2.3 実験方法図 2に、梁供試体の載荷方法と幽率の溺定方法の概要を示す。裁荷は、せん断スパンが311.の単純梁による2点対事訴集中議荷とし、等幽げ区間の長さは 4hとした。曲げスパンの中央部の3hの部分を 6分割して、各区関の境界に予めセットした 2本の寸切りボルトを利用して変泣計を取り付けて各臣闘の曲率を溺定した。コンクリート角柱体の臣綴ひずみの溺定長は、中央部の

2W(W=

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)とし、観性試験擦で圧繍ひずみが10000X10-6に至るまで継続載荷した。 3. 実験結果とその考察 3.1 コンクリートの圧縮強度国-3に、コンクリート角柱体の圧織強度に及ぼす供試体寸法の影響を示す。アレンコンクリートや帯筋の関閣の粗いもの

(X=h/2)

では、寸法の小さなものが若干低い強度を示す傾向がみられるが、帯筋関障が密になるにつれて、寸法の小さなものの方がかえって強度が増大する傾向がみられる。 3.2 コンクリートの圧縮強度時のひずみ (ε圏} 図 4に、コンクリート角柱体の ε圏に及ぼす供試体寸法の影響を、脅筋関隔別に示す。プレンコンクリート

(x=

∞)や帯筋の間隔の粗いもの

(X

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)では、寸法が小さなもの

(W=7

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(X=h/4

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、寸法が小さくなるほどE聞の健は逆に増大する。

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-4

あばら筋の力学特性目。皿inal Yield strength Tensile strength Elongation diameter (mm) Ave. (kgf/cm2) Ave. (kgf/cm2) Ave.(%) φ3園2 2500 3540 25晒6 φ3.9 2510 3800 27.8 φ4固9 1870 3070 40. 9 」豆~_._7_ 3000 4270 25. 7 [NotesJ Ave. : Average

(4)

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(5)

図--6に、 h=19.4c、 Pt=2.1%の梁の等曲園げモーメント盟国内の各区閣のモーメント曲率関係の一関を示す。図-6によれば、終局時以降で曲率が増大している区闘が、破壊が最も進んで、いる区闘に対応している。関 -6 (b)のあばら筋関輔が h/8の梁では、国 -6 (a)のあばら筋間薄着が h/2の梁に比べて破壊領域が広く、梁全体として延性的な変形挙動を示す。すなわち、あばら筋による積拘束によって、断面内の挙動が延性的になり、かつ、破壊領域が広がったものと考えられる。図 -7に、 R C梁の破壊領域の長さ

u

p)と本実験で取り上げた供試体寸法とあばら筋閤隔の関係を示す。ただし、ここでは圧縮縁ひずみが3500X 10-6を越える領域、または断面の曲率が d.φ=0.04 を越える領域を破壊領域とみなした [3，4]。国によれば、.tPの鑑は、供試体寸法の影響をあまり受 3.3 コンクリトの σ E曲線図-5に、コンクリート角柱体の応力ひずみ曲線に及ぼす供試体寸法の影響を、帯筋の間隔制に示す。図ち (a)はX=h/2、図ち (b)はX ニ h / 8の角柱体の応力ひずみ曲畿を示したものである。供試体寸法が大きなものほど、応力下降域の形状は脆性的である[2 ]。また、帯筋が密なコンクリトほど、強度が高く延性的な塑性変形挙動を示すが、この傾向は寸法の小さなものほど顕著で‘ あるといえる。 3.3 R C梁の M/bd2_{-d.φ 曲媒} 供試体寸法の異なる R C梁の曲げ塑性変形性能を比較するために、ここでは、 M / bd2_{をモーメン} ，トと呼ぴ、 d.φ( ここで、 d=O.9h) を曲率と呼び、以下の考察では、両者の関係をモーメント曲率関係と呼ぶリ一一一一 111 121 - 131 ニニエー{廿一一 151 一一 161 m C 4%8 0 ム 1 4 / 1 ょっ臼 h u + し hpX 14F 十十 l_{十ー一} ー土ー十一 V Z _ド 1 r ト上 N 100 マコ

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(b)あばら筋のピッチの膨響磁壊領域長さ国一7 (a)供試桝法の影響

(6)

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(

2 )

等曲げを受けるR C梁の塑性変形挙動は、一般に供試体寸法が小さいものほど延性的である。 ( 3 ) 等幽げを受けるR C梁のモーメントー曲率関係における寸法効果は、 R C梁の圧縮音容のコンクリートを模したコンクリート角柱体の応力一ひずみ関係における寸法効果と傾向が一致した。〔謝辞〕本実験に際し、セメントを提供いただいた N社並びに実験を担当していただいた本学の卒研生に深謝いたします。

(7)

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d.φ (c) X=h/8 園-9破壊領域で平矧ヒしため乍d2-d曹

φ

関係 (Pt=2固1%) 〔参考文献〕 1 ) Koike， S. : CAJ Revi官官 of th哩 G睦闘世ral 同時ti日g，1>1'.77-80， (1981) 2 ) Koike， S.， Okuf日j， K.i. and Kob晶Yllshi.K : CAJ Revie官。f the General 闘eeting，pp.244-247. (1987) 3 )小関E 谷Jii.畑中町三輪:セメント技衛年報、第 4 0巻、 pp.580-開1 仕事1:16) 4 )小池、畑中、奥谷:コンクリート工学年次論文報告築、第11巻、第2号.pp.27-32.(1閉め ( 受理平成3年3月20日)